CN112811532A - 一种三维电催化处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机废水处理技术领域，公开了一种三维电催化处理装置，具有用于容置待处理的高盐度有机废水的电解槽的座体、插设至电解槽内的阳极、设于电解槽侧壁上的阴极、活性炭，以及分别与阳极和阴极电连接的电源；设电解槽的开口朝向电解槽的底壁的方向为预定方向，电解槽内设有沿预定方向依次设置的第一区域、第二区域以及第三区域，阳极和阴极均设于第二区域内，活性炭填充第二区域。本发明的三维电催化处理装置中，填充在第二区域内的活性炭中的各个炭颗粒均能够作为独立的子电源，对高盐度有机废水进行电解，能够从多方位对高盐度有机废水中的有机物进行电解，高盐度有机废水中的有机物能够充分被电解，有机物去除效率良好。

Description

一种三维电催化处理装置
技术领域
本发明涉及高盐度有机废水处理技术领域，特别是涉及一种三维电催化处理装置。
背景技术
随着石油、化工和制药等工业的快速发展，现有工厂中产生了大量难降解的有机工业废水，此类废水成分复杂，除了具有高COD、高氨氮、高盐分外，还可能包含含硫物质、重金属等污染物质，具有有机污染物含量高、毒性大以及难降解等特点，即使经稀释上百倍后微生物在这些废水中仍难以培养，不能直接进行生化处理。
随着环保要求的日益严格，高盐有机废水的处理成为环保领域的难点。当前，高盐体系中的有机物降解通常采用高级氧化法，包括臭氧氧化技术、Fenton氧化技术、湿式氧化和蒸发法等。Fenton氧化法要求的pH较小需要不断投加酸维持一定pH，且产生大量铁泥，存在产泥量大的问题，导致固废处理成本高；臭氧氧化技术技术需要需要提供氧气源，对于高浓度有机物体系臭氧的投加量大，需要考虑尾气处理等问题；湿式氧化法需要高温高压，成本高，使用过程中存在安全隐患，不具备大范围推广应用的可行性；焚烧法对热值有一定要求且容易造成管嘴堵；蒸发法是目前使用最为广泛的技术，但其蒸发效率受到高浓度有机物等因素的影响。
中国专利文献CN104291522A公开了一种用于处理工业废水的方法，所述方法包括沉降反应、隔油处理、吹脱处理、混凝反应、缺氧水解反应、厌氧反应、好氧生物反应、超滤、纳滤、吸附，该方法通过多种物理及生化方式对工业废水进行处理，虽然能从一定程度上提高废水的降解性能，但针对目前水质成分越来越复杂的工业废水，尤其是高盐高浓度有机物废水处理不够彻底，且占地面积大。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种尽可能减少占地面积，提高处理效率的高盐度有机废水处理技术及装置。
发明内容
本发明的目的是：提供一种占地体积小且能够有效去除高盐度有机废水中的有机物的三维电催化处理装置。
为了实现上述目的，本发明提供了一种三维电催化处理装置，用于去除高盐度有机废水中的有机物，包括：具有用于容置待处理的所述高盐度有机废水的电解槽的座体、插设至所述电解槽内的阳极、设于所述电解槽侧壁上的阴极、活性炭，以及分别与所述阳极和阴极电连接的电源；设所述电解槽的开口朝向所述电解槽的底壁的方向为预定方向，所述电解槽内设有沿所述预定方向依次设置的第一区域、第二区域以及第三区域，所述阳极和所述阴极均设于所述第二区域内，所述活性炭填充所述第二区域。
进一步地，所述电解槽为沿所述预定方向延伸且截面呈矩形的矩形电解槽，所述电解槽具有两个相对的长边侧壁和两个相对的短边侧壁，各所述长边侧壁的面积均为第一值，各所述短边侧壁的面积均为小于所述第一值的第二值。
进一步地，所述阴极设有两个；其中一个所述阴极设于所述电解槽的一侧所述长边侧壁上，另一个所述阴极设于所述电解槽的另一侧所述长边侧壁上。
进一步地，所述阳极通过导电柱连接所述电源；所述导电柱包括导电棒和包裹在所述导电棒外的防腐套。
进一步地，所述阳极包括框体和装设在所述框体内并呈矩阵分布的多个电极块；所述导电柱连接在所述框体的边缘上，所述框体分别平行于两个所述长边侧壁。
进一步地，多个所述电极块的表面均覆盖有BDD薄膜。
进一步地，所述导电棒为由铜制成的一体件，所述防腐套为由钛制成的一体件。
进一步地，所述座体上设有连通至所述第三区域的进水孔和连通至所述第一区域的出水孔。
进一步地，所述第三区域和所述第二区域之间设有制成所述活性炭的支撑格栅；所述支撑格栅上设有多个格栅孔，多个所述格栅孔内均设有过滤网。
进一步地，多个所述过滤网的目数均为80－120目。
本发明实施例一种三维电催化处理装置与现有技术相比，其有益效果在于：
本发明实施例的三维电催化处理装置中，在电解高盐度有机废水中的有机物时，填充在第二区域内的活性炭中的各个炭颗粒均能够作为独立的子电源，对高盐度有机废水进行电解，能够从多方位对高盐度有机废水中的有机物进行电解，高盐度有机废水中的有机物能够充分被电解，用时短且成本低廉，电解效果良好。
附图说明
图1是本发明实施例的三维电催化处理装置的立体图。
图2是本发明实施例的三维电催化处理装置的俯视图。
图3是本发明实施例的三维电催化处理装置的座体的立体图。
图4是本发明实施例的三维电催化处理装置的座体的俯视图。
图5是本发明实施例的三维电催化处理装置的图4中的A－A方向剖视图。
图6是本发明实施例的三维电催化处理装置的阳极的立体图。
图7是本发明实施例的三维电催化处理装置的图6中的B处放大图。
图中，
1、座体；11、电解槽；12、第一区域；13、第二区域；14、第三区域；15、第一滑槽；16、第二滑槽；17、进水孔；18、出水孔；2、阳极；21、框体；22、电极块；23、第一螺栓；24、第二螺栓；3、导电柱；4、阴极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1－7所示，本发明优选实施例的一种三维电催化处理装置，用于去除高盐度有机废水中的有机物，包括：具有用于容置待处理的所述高盐度有机废水的电解槽11的座体1、插设至所述电解槽11内的阳极2、设于所述电解槽11侧壁上的阴极4、活性炭，以及分别与所述阳极2和阴极4电连接的电源；设所述电解槽11的开口朝向所述电解槽11的底壁的方向为预定方向，所述电解槽11内设有沿所述预定方向依次设置的第一区域12、第二区域13以及第三区域14，所述阳极2和所述阴极4均设于所述第二区域13内，所述活性炭填充所述第二区域13。
本实施方式中，高盐度有机废水的有机物含量较高、其中的有机物毒性大，难降解，利用本实施方式的处理装置对高盐度有机废水进行处理时，将高盐度有机废水向第一区域内输送，在第一区域内，高盐度有机废水均匀地进入第二区域，在第二区域中，高盐度有机废水填充活性炭之间的间隙；使用稳压电源对阳极2和阴极4通电，高盐度有机废水中的有机物受电解作用分解；其中，阳极2和阴极4均与活性炭接触，活性炭由众多可导电的炭颗粒构成，各个炭颗粒之间形成容纳高盐度有机废水的间隙，电源在阳极2和阴极4之间施加电压，各个炭颗粒的内部中具有电子流动，因此各个炭颗粒均能够视为一个微小的具有正极和负极的子电源，各个子电源对间隙内的高盐度有机废水进行电解。
需要注意的是，高盐度有机废水在电解时，各个炭颗粒内发生可逆电极反应，各个炭颗粒内存在与电源电势方向相反的电势，因此电源需要在阳极2和阴极4之间施加足够大的电压，以克服各个炭颗粒内由于可逆反应产生的电势。
本实施方式中，在电解高盐度有机废水中的有机物时，填充在第二区域13内的活性炭中的各个炭颗粒因静电感应而两端分别带上正负电荷，能够作为独立的子电源，炭颗粒的两端同时发生电化学氧化和电化学还原反应，对高盐度有机废水进行电解，缩短了传质距离，能够从多方位对高盐度有机废水中的有机物进行电解，高盐度有机废水中的有机物能够充分被电解，用时短且成本低廉，电解效果良好。
优选地，使用离心泵将循环水箱内的高盐度有机废水向电解槽11内输送高盐度有机废水。电源和泵体的工作状态均由控制箱控制。
优选地，电源上连接有用于整流的电源整流器。
具体地，在一种实施方式中，所述座体1外设置有环形块，环形块围成环形槽，电解槽11的开口处于环形槽内，所述环形块上还设有连通至所述环形槽内的排出口。由此，本实施方式中的高盐度有机废水被点解处理后并在从电解槽11的开口溢出时，进入到环形槽内，有环形块承载，从环形槽内排出时，由出水孔18排出。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述电解槽11为沿所述预定方向延伸且截面呈矩形的矩形电解槽11，所述电解槽11具有两个相对的长边侧壁和两个相对的短边侧壁，各所述长边侧壁的面积均为第一值，各所述短边侧壁的面积均为小于所述第一值的第二值。本实施方式中，电解槽11呈矩形，便于插设阳极2、设置阴极4以及填充活性炭。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述阴极4设有两个；其中一个所述阴极4设于所述电解槽11的一侧所述长边侧壁上，另一个所述阴极4设于所述电解槽11的另一侧所述长边侧壁上。本实施方式中，两个相对的长边侧壁上均设有阴极4，能够有效地将填充在第二区域13内的活性炭进行有效地电极化，尽可能保证了活性炭中各个炭颗粒内均存在电子流动。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述阳极2通过导电柱35连接所述电源；所述导电柱35包括导电棒和包裹在所述导电棒外的防腐套。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述阳极2包括框体21和装设在所述框体21内并呈矩阵分布的多个电极块22；所述导电柱35连接在所述框体21的边缘上，所述框体21分别平行于两个所述长边侧壁。
具体地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述框体21的一侧侧壁贴设在其中一个短边侧壁上，所述框体21的另一侧侧壁贴设在另一个短边侧壁上。本实施方式的阳极2和阴极4之间的电场为均匀电场，以确保在第二区域13内的各个炭颗粒均处于阳极2和阴极4之间的电场内。优选地，框体21处于两个长边侧壁的中间位置。
具体地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，一侧所述短边侧壁上设有沿所述预定方向延伸的第一滑槽15，另一侧所述短边侧壁上设有沿所述预定方向延伸的第二滑槽16，所述框体21依次滑设在所述第一滑槽15和所述第二滑槽16内，以便于在电解槽11内安装和取出所述框体21。
具体地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述框体21内设有中空区域，多个电极块22设于所述中空区域内并呈沿所述框体21的长度方向间隔分布。优选地，所述框体21内设有连接各个所述电极块22的导体。
具体地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述中空区域为矩形区域，所述中空区域的内壁包括沿所述框体21的长度方向延伸的第一内壁和与所述第一内壁平行且沿所述框体21的长度方向延伸的第二内壁，所述第一内壁上设有多个第一卡槽，所述第二内壁上设有多个第二卡槽，各所述电极块22的一侧卡设在第一卡槽内，各所述电极块22的另一侧卡设在第二卡槽内；本实施方式的三维电催化处理装置还包括多个第一螺栓23和多个第二螺栓24，多个第一螺栓23和多个第一卡槽一一对应，多个第二螺栓24和多个第二卡槽一一对应，所述第一螺栓23穿过框体并延伸至第一卡槽内，所述第一螺柱24接触并将电极块22抵接在第一卡槽的内壁上，所述第二螺栓24穿过框体并延伸至第二卡槽内，所述第二螺柱25接触并将电极块22抵接在第二卡槽的内壁上。本实施方式中，利用螺栓的方式固定电极块22，便于固定和拆卸电极块22，方便对电极块22进行更换。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，多个所述电极块22的表面均覆盖有BDD薄膜。本实施方式中，阳极2处的电极块22为BDD电极，BDD电极是一种电化学性能较好的阳极2材料，具有导电性好、电势窗口大、析氧电势高、背景电流低、化学性能稳定、不易被污染以及氧化能力强等优点。
具体地，在一种实施方式中，电极块22为以单晶硅或多晶硅为基体制备的电极。目前，受限于BDD电极的气相沉积生产方法，以单晶硅或多晶硅为基体制备的BDD电极一般尺寸较小，无法大规模工程化应用于水处理项目，因此，本实施方式采用了多个BDD电极结合增大阳极2尺寸，使得以单晶硅或多晶硅为基体制备的电极适用于水处理工业化工程规模化应用。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述导电棒为由铜制成的一体件，所述防腐套为由钛制成的一体件。本实施方式中，钛作为阳极连接件具有良好的耐腐蚀性能，铜具有良好的导电性能。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述座体1上设有连通至所述第三区域14的进水孔17和连通至所述第一区域12的出水孔18。优选地，设有环形块时，出水孔18连通至环形槽内并依次通过环形槽和电解槽的开口连通至第一区域12内。
具体地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，在使用时，所述进水孔17设于所述座体1的底部，所述出水孔18设于所述座体1的顶部。本实施方式中，采用底部进高盐度有机废水，顶部出高盐度有机废水的方式，使得高盐度有机废水拥有足够多的时间在电解槽11内进行电解反应，有效去除其内的有机物。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，所述第三区域14和所述第二区域13之间设有制成所述活性炭的支撑格栅；所述支撑格栅上设有多个格栅孔，多个所述格栅孔内均设有过滤网。本实施方式中，第三区域14为布水区域，高盐度有机废水从第三区域14进入第二区域13时，经过多个格栅孔内的过滤网过滤，均匀地流向第二区域13并进入活性炭内。
进一步地，在一种实施方式中，请参阅图1－7，多个所述过滤网的目数均为80－120目，确保活性炭颗粒无法穿过过滤网。
优选地，各过滤网均为钛网。
如下表所示，表1中示意出了不同情况下，有机废水中的有机质去除效果。
Figure BDA0002926907620000091
定义活性炭浮动率：活性炭浮动率是指，在液体中，脱离安装基板并悬浮在液体中的活性炭质量占整体活性炭质量的百分比。
其中，序号1的情况下，阳极和阴极之间的距离为6cm，第二区域13内的活性炭质量为60kg，阳极和阴极之间的电流密度为1200A/m2，高盐度有机废水以8m/h进入到电解槽11内，活性炭浮动率为18％；处理时，首先让活性炭吸附高盐度有机废水1h，使得高盐度有机废水中的大部分有机物都被浓缩吸附在活性炭表面上，而后通电，电解氧化2h；处理的高盐度废水量为10m3，处理后，总有机碳(TOC)浓度从3913.3mg/L降低至234.3mg/L，总有机碳的去除率为94％。
其中，序号2的情况下，阳极和阴极之间的距离为9cm，第二区域13内的活性炭质量为80kg，阳极和阴极之间的电流密度为1500A/m2，高盐度有机废水以6m/h进入到电解槽11内，活性炭浮动率为12％；处理时，首先让活性炭吸附高盐度有机废水1.5h，使得高盐度有机废水中的大部分有机物都被浓缩吸附在活性炭表面上，而后通电，电解氧化3h；处理的高盐度废水量为15m3，处理后，总有机碳(TOC)浓度从3872.4mg/L降低至340.8mg/L，总有机碳的去除率为91.2％。
其中，序号3的情况下，阳极和阴极之间的距离为12cm，第二区域13内的活性炭质量为100kg，阳极和阴极之间的电流密度为2000A/m2，高盐度有机废水以10m/h进入到电解槽11内，活性炭浮动率为22％；处理时，首先让活性炭吸附高盐度有机废水2h，使得高盐度有机废水中的大部分有机物都被浓缩吸附在活性炭表面上，而后通电，电解氧化3h；处理的高盐度废水量为20m3，处理后，总有机碳(TOC)浓度从3752mg/L降低至582.5mg/L，总有机碳的去除率为84.5％。
其中，序号4的情况下，阳极和阴极之间的距离为15cm，第二区域13内的活性炭质量为120kg，阳极和阴极之间的电流密度为1700A/m2，高盐度有机废水以12m/h进入到电解槽11内，活性炭浮动率为26％；处理时，首先让活性炭吸附高盐度有机废水2.5h，使得高盐度有机废水中的大部分有机物都被浓缩吸附在活性炭表面上，而后通电，电解氧化3.5h；处理的高盐度废水量为25m3，处理后，总有机碳(TOC)浓度从3752mg/L降低至142.5mg/L，总有机碳的去除率为96.2％。
其中，序号5的情况作为对比试验，在该情况下，阳极和阴极之间的距离为3cm，第二区域13内的活性炭质量为20kg，阳极和阴极之间的电流密度为1000A/m2，高盐度有机废水以3m/h进入到电解槽11内，活性炭浮动率为0％；处理时，通电电解氧化7h；处理的高盐度废水量为10m3，处理后，总有机碳(TOC)浓度从3913.3mg/L降低至986mg/L，总有机碳的去除率为74.5％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种三维电催化处理装置，用于去除高盐度有机废水中的有机物，其特征在于，包括：具有用于容置待处理的所述高盐度有机废水的电解槽的座体、插设至所述电解槽内的阳极、设于所述电解槽侧壁上的阴极、活性炭，以及分别与所述阳极和阴极电连接的电源；
设所述电解槽的开口朝向所述电解槽的底壁的方向为预定方向，所述电解槽内设有沿所述预定方向依次设置的第一区域、第二区域以及第三区域，所述阳极和所述阴极均设于所述第二区域内，所述活性炭填充所述第二区域。
2.根据权利要求1所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述电解槽为沿所述预定方向延伸且截面呈矩形的矩形电解槽，所述电解槽具有两个相对的长边侧壁和两个相对的短边侧壁，各所述长边侧壁的面积均为第一值，各所述短边侧壁的面积均为小于所述第一值的第二值。
3.根据权利要求2所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述阴极设有两个；其中一个所述阴极设于所述电解槽的一侧所述长边侧壁上，另一个所述阴极设于所述电解槽的另一侧所述长边侧壁上。
4.根据权利要求2所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述阳极通过导电柱连接所述电源；所述导电柱包括导电棒和包裹在所述导电棒外的防腐套。
5.根据权利要求4所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述阳极包括框体和装设在所述框体内并呈矩阵分布的多个电极块；所述导电柱连接在所述框体的边缘上，所述框体分别平行于两个所述长边侧壁。
6.根据权利要求5所述的三维电催化处理装置，其特征在于，多个所述电极块的表面均覆盖有BDD薄膜。
7.根据权利要求5所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述导电棒为由铜制成的一体件，所述防腐套为由钛制成的一体件。
8.根据权利要求1所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述座体上设有连通至所述第三区域的进水孔和连通至所述第一区域的出水孔。
9.根据权利要求8所述的三维电催化处理装置，其特征在于，所述第三区域和所述第二区域之间设有制成所述活性炭的支撑格栅；所述支撑格栅上设有多个格栅孔，多个所述格栅孔内均设有过滤网。
10.根据权利要求9所述的三维电催化处理装置，其特征在于，多个所述过滤网的目数均为80－120目。
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